DE1236293B - Motorischer Stellantrieb, insbesondere fuer Klappen, Ventile oder Schieber mit wahlweisem Handantrieb - Google Patents

Description

• Motorischer Stellantrieb, insbesondere für Klappen, Ventile oder Schieber mit wahlweisem Handantrieb Die Erfindung bezieht sich auf einen Stellantrieb, insbesondere zur Verstellung von Klappen, Ventilen oder Schiebern wahlweise von Hand oder motorisch über eine sinngemäß doppeltwirkende Kupplung mit je einer mit dem Motor und einer mit dem Handantrieb mechanisch verbundenen Antriebskupplungshälfte und einer diesen gemeinsamen, zwischen beiden Antriebskupplungshälften angeordneten Abtriebskupplungshälfte, welche über eine solche Schnecke eines Schneckenradgetriebes die Arbeitswelle antreibt, daß im Fall der überschreitung eines vorbestimmten Drehmoments im Abtrieb die, axial federnd abgestützte Schnecke selbsttätig weiterhin angetrieben drehrichtungsabhängig auswandern kann.
• Für viele Verwendungszwecke, z. B. die obengenannten, aber auch für die Verstellung von beliebigen hin- und herzubewegenden Teilen, deren Bewegung einen hohen Kraftaufwand bedingt, werden motorische Antriebe verwendet, die über ein Untersetzungsgetriebe auf die zu verstellenden Teile arbeiten. Infolge des großen Untersetzungsverhältnisses werden hierbei vielfach Schneckenantriebe verwendet. Außerdem ist in der Regel auch eine Verstellungsmöglichkeit von Hand vorzusehen, die beispielsweise über dasselbe Getriebe oder über Teile des Getriebes arbeitet. Für die meisten derartigen Getriebe ist es wesentlich, daß sie rasch in eine bestimmte Lage (Endlage) gebracht werden, daß aber der Antrieb, sobald diese Endlage erreicht ist, schnell wieder abgeschaltet wird.
• Für Antriebe dieser Art, bei denen als Untersetzungsgetriebe eine Schnecke verwendet ist, sind bereits Lösungen bekanntgeworden, bei denen das Schneckenrad durch den Endanschlag zum Stillstand kommt und die Schnecke dann im Auslauf des Antriebes entgegen der Wirkung einer Feder auswandern kann, wodurch diese einen Teil des in dem Antrieb aufgespeicherten kinetischen Arbeitsvolumens aufnimmt und dadurch die angetriebenen Teile selbst hiervon entlastet.
• Es ist weiter bereits bekannt, eine Abschaltung des Antriebes in Abhängigkeit von einem derartigen Auswandern der Schnecke herbeizuführen, wobei sowohl eine Abschaltung des Antriebsmotors wie auch ein Ausrücken einer das Antriebsmoment auf die Schnekkenwelle übertragenden Kupplung, also sowohl eine elektrische wie auch eine mechanische Abschaltung erreicht wird.
• Bei derartigen Antrieben ist es erwünscht, daß durch den Antrieb das zu verstellende Teil bis unmittelbar heran an die gewünschte Endlage mit hoher Geschwindigkeit bewegt werden kann, daß dann aber der motorische Antrieb rasch abgeschaltet wird und hierbei der Auslauf der bewegten Teile ebenfalls möglichst bald beendet wird.
• Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines solchen Stellantriebs, in welchem beim überschreiten eines zulässigen Drehmoments im Kraftfluß des Antriebs durch eine weiterhin angetriebene und dadurch aus ihrer Normalstellung auswandernde, entweder selbsthemmende oder nicht selbsthemmende Schnecke des Schneckenradübertragungsgetriebes auf rein mechanischem Wege eine Auflösung der kraftschlüssigen Verbindung in der Kupplung zwischen der jeweiligen Antriebs- und der Abtriebskupplungshälfte erreicht wird. Insbesondere sollte dabei eine möglichste Schonung der Kupplung und damit gleichzeitig eine Verlängerung ihrer Lebensdauer erreicht werden.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Stellantrieb der eingangs angeführten Art erfindungsgemäß die nach der einen oder der anderen axialen Richtung auswandernde Schnecke selbsttätig über ein Gestängesystem die Abtriebskupplungshälfte für ihre Lösung von der jeweiligen mit ihr gekuppelten Antriebskupplungshälfte im Fall des Auswanderns der Schnecke betätigt und gleichzeitig ein Sperrmechanismus in Wirkung gesetzt, durch den der Abtriebskupplungsteil in der entkuppelten Zwischenstellung zwischen den beiden Antriebskupplungshälften festgehalten wird bzw. gesperrt wird.
• Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Als Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein über ein Schneckenrad arbeitender Antrieb, beispielsweise für eine Spindel, z. B. eines Ventils, dargestellt. Mit 1 ist ein Motor bezeichnet, der über ein Getriebe 2 und eine mehrteilige Kupplung 3 auf eine Welle 4 arbeitet, auf der eine Schnecke 5 sitzt, die mit dem Schneckenrad 6 im Eingriff ist. Die Welle 4 ist mit einem Bund 7 versehen, der mit Hilfe von zwei Federn 8 und 9 zwischen Anschlägen 10 und 11 abgestützt ist.
• Die Kupplung 3 ist als doppelseitige Klauenkupplung mit einem zwischen den beiden äußeren Gegenstücken 34 und 35 verschiebbaren Kupplungsstück 31 ausgeführt. Dieses ist mit einer innenverzahnten Nabe 32 versehen, in der ein ritzelartiges Wellenende 33 längsverschiebbar ist, das seinerseits an der Welle 4 sitzt. Die beiden Gegenstücke 34 und 35 sind so weit voneinander entfernt angeordnet, daß das Kupplungsstück 31 in der Mittelstellung mit keinem der beiden im Eingriff ist. Es kann mit Hilfe eines Hebels 36 verschoben werden, der von einer Feder 37 in Richtung auf das mit dem Motorgetriebe verbundene Gegenstück 34 gezogen wird. Für die Verschiebung dieses Hebels 36 sind ein Handgriff 12 sowie eine Zugstange 13 vorgesehen, die aus zwei über eine Feder 14 verbundenen Teilen besteht und mittels einer an deren Ende angesetzten Rolle 15 mit einer herzartigen Kurvenscheibe 16 im Eingriff steht, die über einen Hebelarm 17 in eine Nut 41 der Welle 4 eingreift. In eine zweite Nut 42 der Welle greift ein Hebel 18 ein, dessen anderer Arm zwei Endschalter 19 und 20 steuert, von denen jeder für die Abschaltung des Motors bei entsprechender Drehrichtung bestimmt ist.
• Mit dem Hebel 36 ist noch ein Klinkenrad 21 starr gekuppelt, das mit zwei Klinkenzähnen 22 und 23 versehen ist, die mit einem Klinkenhebel 24 zusammenarbeiten, der seinerseits durch eine Feder 25 an das Klinkenrad angedrückt wird, aber durch einen Auslösemagneten 26 ausgerückt werden kann.
• Mit dem Kupplungsgegenstück 35 ist noch ein Kegelrad 27 verbunden, das über ein Kegelrad 28 mit einem Handrad 29 zusammenarbeitet.
• Wenn der Antrieb eingeschaltet wird, ist das Kupplungsstück 31 mit dem Gegenstück 34 im Eingriff, so daß von dem Motor 1 über das Getriebe 2, die Kupplung 3 und die Welle 4 die Schnecke 5 angetrieben und so das Schneckenrad 6 verdreht wird. Wenn beispielsweise ein Schieber mit Hilfe des Schneckenrades verstellt werden soll, so wird das Drehmoment im Augenblick des Auflaufens des Schiebers auf seinen Sitz erheblich ansteigen, und das Schneckenrad kann sich nicht mehr weiterdrehen. Dies hat zur Folge, daß die Schnecke unter Überwindung der Gegenkraft der Feder 8 auswandert, wodurch über den Hebelarm 17 die Kurvenscheibe 16 ausgeschwenkt wird. Dadurch wird über die Steuerflächen die Rolle 15 und dadurch der Hebelarm 36 über die Zugstange 13 unter Spannung der Feder 14 nach links gezogen bzw. entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt, so daß die Kupplung zwischen 31 und 34 außer Eingriff kommt. Bei der Bemessung der einzelnen Teile ist es hierbei wichtig, daß die Kupplung verhältnismäßig leicht außer Eingriff gebracht wird. Dies ist durch die Verwendung von Kupplungszähnen mit einem geeigneten Flankenwinkel erreicht, der aber andererseits nicht so groß sein darf, daß durch die Axialkomponente der Umfan-skraft die Kupplung gelöst werden könnte. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß bei der Bewegung des Kupplungsteiles auch noch die Reibungsarbeit an der Innenverzahnung 32 bzw. dem Wellenende 33 bei der -unter der Belastung auftretenden Längsverschiebung zu leisten ist.
• Infolge der Entlastung von der durch das Drehmoment bedingten Reibung wird dann durch Entspannung der Feder 14 das KupplungsstÜck 31 so weit weiterbewegt, daß ein Wiederberühren (Ratschen) zwischen den Klauen der Kupplung ausgeschlossen ist. Mit Vorteil werden die Teile so bemessen, daß schon dann, wenn die Kupplungsklauen nur um ein sehr geringes Maß, beispielsweise 1 mm, voneinander entferntsind, der Klinkenhebel 24 hinter dem Klinkenzahn 22 eingreift.
• Der Motor wird beispielsweise zweckmäßig unmittelbar vor dem Einklinken des Klinkenhebels mit Hilfe des Endschalters 20 abgeschaltet. Auf diese Weise wird ermöglicht, daß der Motor und die mit ihm starr gekuppelten Teile - Getriebe 2 und Kupplungsteil 34 - unbehindert auslaufen können, daß aber - auch bei einer nicht selbstsperrenden Schnecke, beispielsweise einer dreigängigen Schnecke, mit einem übersetzungsverhältnis 1: 10 -beim Entfallen der Drehmomentbelastung das Kupplungsstück nicht etwa durch die Feder 8 oder die Feder 37 wieder so weit zurückbewegt werden kann, daß die Kupplung in Eingriff kommen würde. Dies kann vielmehr erst mit Hilfe des Auslösemagneten 26 bewirkt werden, der beispielsweise gleichzeitig mit der Wiedereinschaltung des Motors eingeschaltet wird.
• Da das Kupplungsstück 31 in der Mittelstellung mit dem Gegenstück 35 noch nicht im Eingriff steht, bleibt der Handantrieb unbeeinflußt. Es sind also irgendwelche unerwünschte Rückwirkungen auf das Handrad ausgeschlossen.
• Die Umschaltung auf Handbetrieb erfolgt mit Hilfe des Hebelarmes 12, wobei das Kupplungsstück 31 so weit nach links bewegt wird, bis es mit dem Gegenstück 35 in Eingriff kommt. Hierbei greift der Klinkenhebel 24 hinter den zweiten Klinkenzahn 23, so daß die Kupplung in dieser Stellung festgehalten wird. Es kann also dann, ohne daß der Hebel 12 festgehalten zu werden braucht, der Schieber oder das Ventil mit Hilfe des Handrades 29 verstellt werden. Hierbei ist auch der in vielen Fällen bestehenden Vorschrift Rechnung getragen, daß beim Handantrieb der Motor abgeschaltet ist, daß also auch nicht etwa die Betätigung von Hand durch Beschädigung (Festfressen) des Motors verhindert werden könnte.
• Die Lösung der Verklinkung kann hierbei mit Hilfe des Magneten 26 erfolgen. Bei der Anwendung einer Verklinkung mit einer Vorlaufscheibe, die mit der eigentlichen Klinkenscheibe mit gewissem Spiel zusammenarbeitet, kann die Lösung der Verklinkung auch von Hand in einfacher Weise erfolgen.
• Die Einrichtung, die in Abhängigkeit von einem Auswandern der Schnecke 5 eine selbsttätige Auslösung der Kupplung mit gleichzeitiger Rückfallsperre ermöglicht, die hier durch die Teile 13, 14, 15, 16, 17 verkörpert ist, wozu auch noch der erste Klinkenzahn 22 gehört, kann zweckmäßig so ausgeführt werden, daß sie auch an bestehenden Antrieben je nach Bedarf nachträglich eingebaut werden kann. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß bei Anlagen mit geringer Tourenzahl, bei denen beispielsweise das Schneckenrad mit einer Tourenzahl von 60 Umdrehungen in der Minute oder weniger bewegt wird und gegebenenfalls eine selbsthemmende Schnecke vorgesehen ist, diese zusätzliche Verbesserung oft nicht erforderlich ist.
• Bei der Abstimmung der einzelnen Elemente, Reibungsverhältnisse und Kräfte der einzelnen Federn ist dabei darauf Rücksicht zu nehmen, daß die für das Auslösen der Kupplung erforderliche Kraft möglichst klein bleibt, damit ein möglichst großer Teil des durch die Federn 8 und 9 geschaffenen Hubes für ein Auswandern der Schnecke nach der Ausschaltung erhalten bleibt.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Stellantrieb, insbesondere zur Verstellung von Klappen, Ventilen oder Schiebern wahlweise von Hand oder motorisch über eine sinngemäß doppeltwirkende Kupplung mit je einer mit dem Motor und einer mit dem Handantrieb mechanisch verbundenen Antriebskupplungshälfte und einer diesen gemeinsamen, zwischen beiden Antriebskupplungshälften angeordneten Abtriebskupplungshälfte, welche über eine solche Schnecke eines Schneckenradgetriebes die Arbeitswelle antreibt, daß im Fall der überschreitung eines vorbestimmten Drehmoments im Abtrieb die axial federnd abaestützte Schnecke selbsttätig weiterhin angetrieben 7 drehrichtungsabhängig auswandern kann, dadurch gekennzeichnet, daß die nach der einen oder der anderen axialen Richtung auswandernde Schnecke (5) selbsttätig über ein Gestängesystein (13 bis 17) die Antriebskupplungshälfte (31) für ihre Lösung von der jeweiligen mit ihr gekuppelten Antriebskupplungshälfte (34 bzw. 35) im Fall des Auswanderns der Schnecke (5) betätigt und gleichzeitig einen Sperrmechanismus (21 bis 26) in Wirkung setzt, durch den der Abtriebskupplungsteil (31) in der entkuppelten Zwischenstellung zwischen den beiden Antriebskupplungshälften (34, 34) festgehalten wird bzw. gesperrt wird.
2. 2. Stellantrieb nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die auswandernde Schnecke (5) betätigte Gestänge (13 bis 17) einen Kraftschluß über einen Kraftspeicher (14) enthält, der mit dem Auswandern der Schnecke (5) aufgeladen wird und sich von demjenigen Zeitpunkt an, wo die Reibungskraft zwischen der jeweils wirksamen jeweiligen Antriebskupplungshälfte (34 bzw. 35) und der Abtriebskupplungshälfte (31) unter diejenige der vom geladenen Kraftspeicher (14) auf diese Abtriebskupplungshälfte (31) ausgeübten Verstellkraft absinkt, sich sprunghaft entladen kann. 3. Stellantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der vom Kraftspeicher (14) im Antriebsgestänge (13 bis 17) gesteuerte Antriebsgestängeteil als auch eine Handbetäti-"ungseinrichtung a (12) mit dem Abtriebskupplungsteil (31) mechanisch gekuppelt sind. 4. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die auswandernde Schnecke (5) über einen Schwenkhebel (17) eine Kurvenscheibe (16) gesteuert wird mit einer auf der Mitte ihrer Bahn vorgesehenen Rast, in welcher eine mit dem Gestänge verbundene Rolle (15) liegt, so daß im Fall des Auswanderns der Schnecke (5) die gesteuerte Kurvenscheibe (16) diese Rolle (15) aus jener Rast heraus auf den Kurventeil größeren Halbmessers unter Aufladung des Kraftspeichers (14) hebt, so daß dieser im Antriebsgestänge (13 bis 17) der Steuerung des Abtriebskupplungsteiles (31) bereitgestellt ist. 5. Stellantrieb nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die doppeltwirkende Kupplung (3) ein Klauenkupplungssystem ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 710 292; deutsche Auslegeschriften Nr. 1139 805, 1052 198, 1085 736, 1110 974; Druckschrift Siemens Meßtechnik, Ventil-Antrieb für 2 mkg Drehmoment.